汽車車身自動化焊接生產(chǎn)線

1、汽車車身自動化焊接生產(chǎn)線1.前言A3車型是奇瑞公司的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型車型，為打造五星安全品質(zhì)，對該車型提出更加苛刻的質(zhì)量要求。焊裝車身的制造水平提高依賴于先進的焊接設(shè)備，公司引進柯馬公司的自動化生產(chǎn)線，完成車身下部和車身總成的焊接任務(wù)，以符合更高的焊接質(zhì)量要求。第一部分A3自動化生產(chǎn)線設(shè)計綱領(lǐng)第二部分電氣控制系統(tǒng)第三部分點焊機器人系統(tǒng)第四部分其他系統(tǒng)4.1 滾床系統(tǒng)4.2 OPENGATE4.3 機械化輸送懸鏈和BUFFER4.4 車型識別和生產(chǎn)管理系統(tǒng)4.5 激光檢測系統(tǒng)4.6 安全系統(tǒng)第一部分A3自動化生產(chǎn)線設(shè)計綱領(lǐng)主要負責(zé)A3三廂和A3兩廂兩種車型白車身總成的生產(chǎn)，下部線和主焊線是混線自動化生產(chǎn)

2、線，年產(chǎn)能約為20萬輛。車身下部線完成發(fā)動機倉、前地板、后地板等總成零件的拼裝焊接工作，適應(yīng)車身下部高強度的焊接要求。主要由27臺機器人完成焊接工作、零件抓取，整條線還包括自動化輸送懸鏈，零件緩存器。主焊線主要是完成車身下部、側(cè)圍、頂蓋、包裹架等總成的拼裝焊接工作。由滾床、OPENGATEffi31臺機器人組成。主焊線OP130r位為在線激光檢測系統(tǒng)，由4臺機器人帶動激光檢測系統(tǒng)，對車身尺寸關(guān)鍵點進行在線檢測。第二部分電氣控制系統(tǒng)A3自動化生產(chǎn)線共有兩個部分組成，分為車身下部線和主焊線，有5條空中輸送線，工藝流程為發(fā)動機倉、前地板、后地板分別由3條輸送線輸送至車身下部線，車身下部經(jīng)空中輸送至主

3、焊線，然后通過空中輸送線輸送至調(diào)整線。整條生產(chǎn)線有車型識別系統(tǒng)一套，輾床一套、涂膠設(shè)備8套、COMA機器人62臺，采用SICK的安全保護設(shè)備，采用帶有安全集成功能的CPU416F-2的西門子PLG控制部分的采用工業(yè)以太網(wǎng)和PROFIBUS現(xiàn)場總線）連接，見圖控制部分示意圖。交換機控制部分示意圖現(xiàn)場總線PROF舊USg用了7層模型的1、2層，精簡的結(jié)構(gòu)保證了數(shù)據(jù)的高速傳輸。主要應(yīng)用于現(xiàn)場分散的I/O設(shè)備。PROF舊US-D網(wǎng)絡(luò)由以下幾部分組成（如圖2）:1主控器（PLQ;2現(xiàn)場I/O模塊（ET200S,用于連接各種I/O設(shè)備；3其他智能裝置，如變頻器，觸摸屏等；4.網(wǎng)絡(luò)附件（交換機等）。它能夠直

4、接完成設(shè)備的順序、連鎖、閉環(huán)控制，完成過程參數(shù)的采集以及報警功能。PLC下面的從站模塊通過兩條PROFIBUSC路進行硬件配置分別有1.MPI網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)模塊配置2.DP網(wǎng)絡(luò)的模塊配置。PLCfPLd間的通訊通過DP/DPCOUPLER完成。PLC與PLC之間的通訊通過DP/DPCOUPLER成兩條自動化生產(chǎn)線和5條空中輸送線由CPU416-2DRCPU315-2DP的13臺西門子PLC控制。PLC可向系統(tǒng)提供分析設(shè)備運行狀態(tài)和發(fā)生故障點的信息。每條生產(chǎn)采用1臺西門子人機界面PC870!行控制，通過自身的MPI接口與PLC連接，內(nèi)部安裝西門子組態(tài)監(jiān)控軟件WINCC整條生產(chǎn)線采用兩種總線模式，PL

5、C與機器人間及PLC與I/O設(shè)備之間采用PROFIBUS®場總線進行通訊。PLCtPLC間的通訊全部采用西門子生產(chǎn)的CP443-1交換機進行通訊和數(shù)據(jù)交換。機器人和人機界面采用PROFIBUSS訊協(xié)議，開關(guān)、電磁閥、按鈕、指示燈、I/O從站等全部采用現(xiàn)場總線，區(qū)域內(nèi)PLC間的通訊通過DP/DPCoupler進行信號交換，區(qū)域間的PLC通過工業(yè)以太網(wǎng)進行通訊。這種總線的組合方式，節(jié)約了大量的接線工作，同時實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的控制，過程狀態(tài)顯示、故障報警信息的顯示，使得整個系統(tǒng)操作簡便、維護方便、可靠性高。西門子的人機界面HMI為整條生產(chǎn)線的運行與維修提供了強大的保證。在機器人界面上通過組態(tài)

6、軟件進行動態(tài)調(diào)試、人機界面按操作菜單分為工位平面布置圖見圖2、各設(shè)備狀態(tài)圖見圖3等。人機界面能夠顯示線內(nèi)的設(shè)備分布狀態(tài)、并用不同的顏色顯示設(shè)備的不同狀態(tài)、如運行、停止、故障等信息。子菜單內(nèi)可顯示PLC與I/O的狀態(tài)圖3,顯示變頻器（）、機器人的故障信息見圖4。當有故障時能自動彈出報警信息，并對報警信息進行記錄進行歸檔統(tǒng)計，保留歷史故障記錄，為日后維修與點檢設(shè)備時提供參考依據(jù)。設(shè)備平面布置圖設(shè)備狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)通訊監(jiān)控設(shè)備故障信息所有的操作界面使用西門子公司的HMI,避免了傳統(tǒng)的面板接線復(fù)雜、勞動強度大、觀察、維修不方便的弊病。在該生產(chǎn)線中成功地應(yīng)用了西門子公司的SIMATIC產(chǎn)品的技術(shù)，其中Profi

7、bus場總線和工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)在該系統(tǒng)中起到關(guān)鍵作用。第三部分點焊機器人系統(tǒng)在汽車焊接工藝中，點焊占整車焊焊接的很大一部分，奇瑞A3自動化生產(chǎn)線焊接系統(tǒng)主要由點焊機器人系統(tǒng)系統(tǒng)組成。點焊機器人系統(tǒng)包括機器人本體、機器人控制器、點焊控制器、自動電極修磨機、自動工具交換裝置、氣動點焊鉗、水氣供應(yīng)的水氣控制盤等。A3點焊機器人系統(tǒng)全部采用COMAU業(yè)機器人及相關(guān)設(shè)備。這些點焊機器人通過控制系統(tǒng)可以進行A3兩廂車型和三箱車型的自動識別和切換。焊接機器人系統(tǒng)焊接機器人是典型的機電一體化高科技產(chǎn)品，功能強大、操作簡便。點焊機器人系統(tǒng)的控制方式是：由機器人控制柜通過通信網(wǎng)絡(luò)同生產(chǎn)線PLC西門子控制柜構(gòu)成機器人

8、焊接生產(chǎn)系統(tǒng)。機器人系統(tǒng)內(nèi)的點焊控制器、自動電極修磨機、自動工具交換裝置、水氣控制盤等裝置由機器人控制。機器人系統(tǒng)根據(jù)上位PLC的車型信號輸入來調(diào)用對應(yīng)的機器人焊接程序進行車身裝配焊接。中頻焊接技術(shù)的應(yīng)用為了使A3獲得更加優(yōu)異的碰撞性能，在A3的車身結(jié)構(gòu)中，大量的采用高強度鋼板，同時縱梁等關(guān)鍵結(jié)構(gòu)采用激光拼焊鋼板，傳統(tǒng)的工頻焊接技術(shù)無法使得在焊接高強度鋼板時獲得最好的剪切強度和抗疲勞強度。為了克服工頻焊接技術(shù)的弊病，在車身下部線采用中頻焊接。在A3線中采用BOSC用頻焊接控制器和NIMAK勺中頻焊鉗。中頻焊接技術(shù)使得機器人焊接的優(yōu)異性能進一步提升，中頻焊接得優(yōu)點主要有，相對工頻焊接為直流焊接，

9、變壓器小型化、提高電流控制的響應(yīng)速度，實現(xiàn)工頻控制無法實現(xiàn)的焊接工藝，能夠?qū)θ嚯娋W(wǎng)平衡，中頻焊接的功率因數(shù)高，節(jié)能效果好。涂膠系統(tǒng)的應(yīng)用涂膠系統(tǒng)主要涂車身骨架的點焊密封膠和隔震膠。自動膠槍由機器人攜帶，具有涂膠軌跡一致性高、膠用量控制準確、涂抹后的膠條形狀統(tǒng)一等優(yōu)點。涂膠系統(tǒng)為A3車型獲得更加優(yōu)異的降噪性能提供了很大幫助。供膠系統(tǒng)采用GRAC蟲司高粘度供應(yīng)系統(tǒng)。包括:55加侖壓盤一個和5加侖壓盤一個、氣動柱塞泵、升降器。流體由泵輸出，泵出口裝有雙過濾裝置對膠進行過濾。再經(jīng)過高壓軟管連接到GRACOP-FLOLT供料泵采用雙泵自動切換方式，設(shè)備具有自動切換及空桶報警功能：一泵處于工作狀態(tài)，一泵

10、處于待命狀態(tài)。當工作泵膠桶中的膠用完后，系統(tǒng)發(fā)出報警，自動切換裝置自動將工作泵切換至另一待命的泵，此時待命的泵成為工作泵。供膠泵具有雙泵切換功能，在換桶時不影響自動涂膠系統(tǒng)的正常工作，有效的提高了生產(chǎn)線的工作效率。流量控制采用美國GRACOP-FLOLT密流量控制器，包括：控制箱，電纜，流體盤，氣動隔膜調(diào)壓，流量計等。GRACP-FLOLT流量控制的工作原理為機器人提供速度的模擬量信號，控制板控制氣動隔膜調(diào)壓即時調(diào)整膠的壓力，并通過流量計和壓力計提供實時精確流量和壓力即時修正，形成一個閉環(huán)控制，從而實現(xiàn)精確定量控制要求。槍的出膠量隨機器人速度的變化而變化。自動電極修磨機的應(yīng)用在主焊線上，為了實

11、現(xiàn)生產(chǎn)裝配的自動化，提高生產(chǎn)線節(jié)拍，分別為每一臺點焊機器人配備了自動電極修磨機，實現(xiàn)電極頭工作面氧化磨損后的修錘過程自動完成。同時也避免了人員頻繁進入生產(chǎn)線帶來的安全隱患。電極修磨機由機器人的內(nèi)置PLC控制，示教專門的電極修鋰程序來完成電極修鋰。同時根據(jù)修鋰量的多少來對焊鉗的工作行程進行補償。使用焊接機器人的優(yōu)點：不僅使生產(chǎn)效率提高了，而且使焊接生產(chǎn)過程變得規(guī)范化，使產(chǎn)品質(zhì)量得到穩(wěn)定和提高。第四部分其他系統(tǒng)滾床系統(tǒng)A3自動化生產(chǎn)線整條線使用滑撬輸送，輸送時間為18秒。其輸送路線為：升降段輸送空滑撬到UB10#滾床/&送一一UB110#-升降段輸送一一MB10#滾床/&送一一MB

12、150升降段輸送。下圖為西部線滾床滑撬系統(tǒng)。圖1.下部線滾床滑撬系統(tǒng)滾床系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示，其工作原理為：控制信號發(fā)出，傳輸電機接收信號，開始工作，滑撬通過摩擦滾輪進入工位，感應(yīng)器感應(yīng)，輸送電機停止，升降電機接收到控制信號，開始啟動，升降擺臂單元驅(qū)動，滾床開始升降，下降定位后，焊接機器人進行焊接，焊接完成后，控制信號發(fā)出，升降電機運行，滾床上升輸送電機運轉(zhuǎn)，滾床上升到位，運輸電機氣動，滑撬運行并進入下一工位。1輸送電機單元2,圓如齒同步帶3,床身保護墨單元4,床身及框架單元5.升降導(dǎo)向柱及導(dǎo)向套6,地腳單元7.升降輯床底座8.升降電機9.升降同步帶10.升降驅(qū)動帶輪11.升降從動輪12從動軸1

13、3.升降擺臂單元14輯輪組單元圖2.滾床結(jié)構(gòu)OPENGATEM11/2主焊線設(shè)計生產(chǎn)節(jié)拍為100秒，可進行M11M12兩車型的任意混流，并考慮第三車型的預(yù)留。其中MB30#&MB40#&MB50#主拼工位占用了三個工位，形式為COMA公司標準的OPENGATER有柔性高，階段投資，改造方便等諸多優(yōu)點。其自身的結(jié)構(gòu)特點較四面體翻轉(zhuǎn)也有可采用側(cè)圍預(yù)裝、兩側(cè)施焊空間大等優(yōu)點。圖1.主線OPENGATEOPENGATE主拼夾具，COMAU司OPENGAT以夾具體為基礎(chǔ)，采用門形式，結(jié)合傳感器，利用PLC進行控制。OPENGATE焊接機器人系統(tǒng)通過總控制系統(tǒng)進行配合工作，最終實現(xiàn)車身的定

14、位、夾緊和焊接。OPENGATfi夾具本體，氣路系統(tǒng)，感應(yīng)控制系統(tǒng)組成。A3主線OPENGATE體，采用門形式，底座采用直線導(dǎo)軌，通過推力電機進行定向（Y向）移動。X向預(yù)裝直線導(dǎo)軌，可以進行車型切換，這樣有利于進行階段性投資和改進。氣路系統(tǒng)采用集中供氣，由執(zhí)行元件（氣缸）、控制元件（氣閥）和輔助元件組成。感應(yīng)控制系統(tǒng)由電磁傳感器、PLC（可編程控制器）和計算機控制系統(tǒng)組成，可以實現(xiàn)夾具的信息采集和自動化控制。OPENGATE作過程。主線白車身預(yù)拼后進入OPENGATEOPENGATE體進行閉合，閉合過程中進行側(cè)圍和底盤的定位，使白車身預(yù)拼位置符合設(shè)計要求；定位后電磁感應(yīng)系統(tǒng)進行工作，檢查定位是

15、否準確，如果無誤，夾緊機構(gòu)進行動作，將車身夾緊；如果有誤，報警系統(tǒng)進行報警，OPENGAT進入暫停狀態(tài)，同時控制系統(tǒng)顯示出現(xiàn)問題的地方和原因，待問題解決后系統(tǒng)繼續(xù)進行工作。夾緊后感應(yīng)裝置進行夾緊狀態(tài)檢查，如果出現(xiàn)問題，則系統(tǒng)暫停并報警，如果夾緊狀態(tài)正常，焊接機器人開始工作，進行焊接，焊接完成后，OPENGATE緊機構(gòu)打開，門式夾具體打開，白車身進入下一道工序，OPENGATE待下一輛白車身進入。OPENGATE特點。COMAU司OPENGATE圍合拼采用預(yù)裝形式進行預(yù)裝配，側(cè)圍合拼焊接工位，采用側(cè)滑形式進行側(cè)圍的夾具切換，M11和M12側(cè)圍部分的夾具采用共用設(shè)計。夾具中定位銷、基座、非加工件采

16、用標準化和系列化的部件，水平面上定位孔與定位孔之間的公差為土0.02mm粗糙度為1.6um,所有的定位孔與基準面的公差為±0.05mm粗糙度為1.6um。夾具定位銷和定位塊的安裝需采用“調(diào)整墊片式”的結(jié)構(gòu)，定位銷調(diào)整墊片厚度為5mm止匕外，設(shè)計中預(yù)留三坐標測量的位置和加工面，在復(fù)測時不需要拆卸夾具和滾床等其他設(shè)備。目前A3車型已經(jīng)基本實現(xiàn)公司的“2mmT程"，COMAU司OPENGATE"2mm工程提供了很大的保障，它為奇瑞A3的五星品質(zhì)奠定了堅實的基礎(chǔ)。機械化輸送懸鏈與BUFFER機械化輸送懸鏈的主要是用于大總成零件的自動輸送，主要是發(fā)動機倉、前地板總成、后地板

17、總成的輸送。其中后地板的吊具是兩種車型共用。采用先進先出的方式進行零件的排序。如果零件與機器人抓取的過程不一樣可以進行零件的放行，當零件被機器人抓取后，空吊具沿返回道返回。同時要求具有強制返回功能，當發(fā)現(xiàn)問題時，零件不被抓取強行返回。機械化懸鏈零件的放置和取下都是由機器人完成。BUFFERS要是用于小零件的緩存。人工將零件擺放到BUFFER±,零件在BUFFERS是被可靠定位的。機器人在抓取零件時對零件的裝配的位置進行識別，如零件的裝配位置不正確機器人不進行零件的抓取，并報警。人工裝配完成后按確認進行放行。裝配員工需要根據(jù)生產(chǎn)計劃進行零件的排序。每個BUFFE比裝有顯示屏，對零件的數(shù)

18、量進行倒計數(shù)。裝配者根據(jù)生產(chǎn)計劃進行零件的裝配。對一些情況，如將鍍鋅件裝配成非鍍鋅板機器人是無法識別的。車型識別和生產(chǎn)管理系統(tǒng)自動化生產(chǎn)線將自動化控制系統(tǒng)，制造業(yè)執(zhí)行系統(tǒng)（ManufactureExecuteSystem,MES）l成在一起形成生產(chǎn)線的管理系統(tǒng)。在前期，生產(chǎn)計劃輸入工控機計算機中，通過工控軟件推算出個人工上件點的上件點的生產(chǎn)計劃。通過以太網(wǎng)傳給PLG后期對系統(tǒng)進行改造，自動化線能夠及直接接受MES8統(tǒng)的生產(chǎn)計劃。M11和M12采用拉動式生產(chǎn)的方式進行，生產(chǎn)線接收MES8統(tǒng)的生產(chǎn)計劃。每個工位都有基于MOBY-形式的車型識別系統(tǒng)，車型識別系統(tǒng)載體安裝在每個滑橇上。每個工位將根據(jù)車

19、型識別系統(tǒng)識別的信息自動進行焊接程序和焊接參數(shù)的切換。在發(fā)動機艙總成工位是計劃安排的起點。在總成工位粘貼條形碼，確定車型信息。發(fā)倉被放置在轉(zhuǎn)運平臺上時，掃描設(shè)備掃描VIN碼信息傳送給PLC控制柜?？刂乒窀鶕?jù)接收的生產(chǎn)計劃確定機器人是否進行零件抓取，信息無誤時給機器人傳送信號，機器人執(zhí)行零件抓取。同時，將VIN碼信息傳遞給下一個工位。主焊線第一個機器人設(shè)置VIN碼掃描點，并將信息寫到雪橇載體上，并將生產(chǎn)信息傳送給下個工位，第二個工位根據(jù)信息提前判斷功能，提前做好夾具、焊接參數(shù)、焊接程序的切換準備工作。當雪橇到達第二個工位時，設(shè)備讀取雪橇上的車型信息，并將從雪橇上讀取的信息同第一個工位傳遞的信息進

20、行核對，核對正確的情況下，執(zhí)行程序。以此類推。整條生產(chǎn)線有9臺抓件機器人，上件機器人具有兩種車型的識別能力，能根據(jù)生產(chǎn)計劃選擇相應(yīng)車型的零件，一旦零件錯誤或缺少零件，該機器人停止工作并且報警，同時每個BUFFERt具備車型識別系統(tǒng)。在線激光檢測系統(tǒng)主線130為機器人激光檢測工位，由四臺機器人攜帶激光檢測傳感器組成，用來保證汽車精度而設(shè)立的，對M11.M12車身的252測量特性進行檢測。Perceptron測量系統(tǒng)通過機器人上的激光傳感器采集車身實際尺寸，系統(tǒng)通過中轉(zhuǎn)器把數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)控制站進行分析和標準數(shù)據(jù)進行對照比較，尺寸出現(xiàn)超出工藝范圍，數(shù)據(jù)站立即發(fā)給PLC控制的生產(chǎn)線故障和報警信號，停止生產(chǎn)線，防止不合格車身流到下道工序。激光檢測系統(tǒng)激光檢測系統(tǒng)原理安全系統(tǒng)硬件配置：CPU416F-2的西門子PLC,光柵、急停按鈕、安全門、區(qū)域掃描儀等。安全集成的輸入輸出信號作為過程的接口，可以直接連接單通道和雙通道的輸入輸出信號，例如急停按鈕和光柵。安全集成信號作為冗余信號內(nèi)部連接在一起。采用故障安全的分布式輸入輸出系統(tǒng)使系統(tǒng)的安全工程配置被PROFIBUS-DP部件替代，包括急停開關(guān)設(shè)備的替換，保護門監(jiān)視裝置，雙手操作等等。在程序塊中對工位的各種安全設(shè)備如急停、安全門、光柵進行邏輯控制，替代了傳統(tǒng)的安全繼電器控制方式；在程序中對各安全設(shè)備的邏輯處理主要通過三個程序模塊實現(xiàn)：光